Name: Monitoraggio in tempo reale di pazienti neurocritici con spettroscopie ottiche diffuse (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-11-19T13:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 12 s
Description: Scopri il monitoraggio non invasivo dell'emodinamica cerebrale in pazienti neurocritici utilizzando la spettroscopia ottica diffusa. Questo metodo consente la valutazione in tempo reale dell'ossigenazione, del flusso sanguigno e del metabolismo cerebrale al letto del paziente.

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Riconosciamo il sostegno della Fondazione di ricerca di San Paolo (FAPESP) attraverso Proc. 2012/02500-8 (RM), 2014/25486-6 (RF) e 2013/07559-3. I finanziatori non hanno avuto alcun ruolo nella progettazione dello studio, nella raccolta e analisi dei dati, nella decisione di pubblicare o nella preparazione del manoscritto.

Il protocollo è stato approvato dal comitato locale dell'Università di Campinas (numero di protocollo 56602516.2.0000.5404). Il consenso informato scritto è stato ottenuto dal paziente o da un rappresentante legale prima delle misurazioni. Abbiamo monitorato i pazienti che sono stati ricoverati al Clinics Hospital dell'Università di Campinas con una diagnosi di ictus ischemico o emorragia subaracnoidea che colpisce la circolazione anteriore. Sono stati esclusi dal protocollo di studio i pazienti con ictus ischemico che interessano la circolazione posteriore, i pazienti con craniectomie decompressive dovute all'elevata pressione intracranica e i pazienti con altre malattie neurodegenerative (demenza, morbo di Parkinson o qualsiasi altra malattia che possa essere associata ad atrofia corticale).
1. Preparativi prima di trasferire il sistema in terapia intensiva
<ol><li>Collegare tutte le fibre ai laser e ai rilevatori pertinenti e assicurarsi che siano correttamente collegati alla sonda ottica (Figura 1B).</li>
	<li>Controllare che la sonda ottica sia coperta con un panno nero per evitare che i laser brillino nella stanza.</li>
	<li>Ruotare l'interruttore di alimentazione del sistema in posizione "ON". Dopo aver alimentato il sistema, attendere 30 secondi e quindi ruotare l'interruttore a chiave laser DCS in posizione "ON". I laser FD-DOS si accendono automaticamente quando il sistema è alimentato.</li>
	<li>Durante la preparazione del sistema, ottenere il consenso del partecipante o di un rappresentante legale. Dopo aver ottenuto il consenso, portare il carrello nella stanza del paziente. NOTA: Poiché il sistema ibrido ha una batteria integrata che dura fino a 45 minuti, non è necessario spegnerlo durante il trasporto.</li>
</ol>2. Impostazioni di calibrazione e guadagno del sistema DOS
<ol><li>All'arrivo in terapia intensiva, spegnere il laser DCS spostando la chiave in posizione "OFF".</li>
	<li>A partire dal fantoccio solido contrassegnato con 'Calibrate', eseguire il processo di calibrazione sul software FD-DOS (BOXY, ISS) seguendo i passaggi seguenti.<ol><li>Nel menu 'File', caricare il file di impostazioni appropriato per la sonda utilizzata facendo clic sull'opzione 'Carica file delle impostazioni'.</li>
		<li>Posizionare la sonda sul lato curvo del fantasma, assicurando un buon contatto con la superficie e quindi ottimizzare la tensione di polarizzazione PMT facendo clic sul pulsante 'Ottimizza tutti i rivelatori' nel software FD-DOS.</li>
		<li>Eseguire la calibrazione per separazioni multiple sorgente-rivelatore facendo clic sull'opzione 'Calc. Valori per puntelli ottici. e Distanze multiple' dal menu 'Calibra'.</li>
		<li>Aprire l'opzione 'Calcoli definiti dall'utente' dal menu 'Text-Mon' per verificare che le proprietà ottiche misurate corrispondano ai valori prespecificati (scritti nel fantoccio solido) e che il raccordo R2 sia vicino a uno.</li>
	</ol></li>
	<li>Ripetere i passaggi precedenti (ad eccezione del passaggio 2.2.3) per misurare le proprietà ottiche del phantom contrassegnato come "Check" per assicurarsi che la calibrazione fosse adeguata. Le proprietà ottiche misurate devono corrispondere, entro il 10%, ai valori specificati nei fantocci. ATTENZIONE: assicurarsi di disattivare i PMT (facendo clic sul pulsante "Tutti i rilevatori OFF") ogni volta che la sonda viene spostata per evitare di danneggiare i PMT a causa dell'illuminazione diretta dalla luce ambientale.</li>
	<li>Se la calibrazione non è adeguata, eseguire nuovamente il processo di calibrazione (passaggi 2.2 e 2.3). Garantire una buona calibrazione del sistema FD-DOS è essenziale per la validità delle misure FD-DOS.</li>
</ol>3. Preparazione del partecipante al capezzale
<ol><li>Utilizzare salviette igienizzanti per pulire sia la sonda che la fronte del paziente.</li>
	<li>Posizionare il nastro biadesivo sulla sonda (Figura 1B), assicurandosi che il nastro non sia a diretto contatto con le punte delle fibre ottiche.</li>
	<li>Posiziona un google di sicurezza laser sull'argomento.</li>
	<li>Posizionare le sonde sulla regione di interesse (ROI) e avvolgere le cinghie elastiche intorno alla testa del soggetto. Sebbene non strettamente necessario per FD-DOS e DCS, è consigliabile coprire la sonda ottica con un panno nero o una benda nera per ridurre il rumore dovuto alla luce ambientale. NOTA: è importante assicurarsi che la cinghia elastica non sia né troppo stretta né troppo larga. Se la cinghia è troppo stretta, può causare un disagio significativo al paziente e se la cinghia è troppo allentata può portare a una scarsa qualità dei dati poiché il nastro biadesivo non è abbastanza forte da mantenere le sonde in posizione.</li>
	<li>Dopo che la sonda è stata fissata correttamente alla fronte del paziente, accendere il laser DCS spostando la chiave in posizione "ON". ATTENZIONE: Il sistema DCS utilizza un laser di classe 3B che è pericoloso per l'esposizione degli occhi. È molto importante accendere i laser solo quando la sonda è correttamente attaccata alla fronte del paziente.</li>
</ol>4. Valutazione della qualità dei dati
<ol><li>Prima di iniziare ad acquisire dati con la GUI, scrivere le separazioni source-detector DCS nella scheda 'Impostazioni' della GUI. NOTA: Il sistema DCS non richiede una fase di calibrazione, ma l'inserimento corretto delle separazioni sorgente-rivelatore è necessario per l'analisi in tempo reale (vedere Materiale supplementare per i dettagli).</li>
	<li>Avviare il software di acquisizione premendo il pulsante 'Start' nella GUI e controllare il segnale DOS nel software FD-DOS:<ol><li>Fare clic sul pulsante 'Ottimizza tutti i rivelatori' nel software FD-DOS per ottimizzare la tensione di polarizzazione PMT.</li>
		<li>Controllare le proprietà ottiche e l'R2 del raccordo DOS nell'opzione 'User Defined Calculation' dal menu 'Text-Mon'. Il coefficiente R 2 dovrebbe essere vicino all'unità e, come regola generale, il coefficiente di assorbimento dei pazienti umani dovrebbe essere compreso tra 0,05 e 0,2 cm-1, mentre il coefficiente di diffusione dovrebbe essere compreso tra 6 e 13 cm-113.</li>
	</ol></li>
	<li>Controlla il segnale DCS nella scheda "Curve di correlazione" della GUI.<ol><li>Accendere i rilevatori DCS ruotando gli interruttori in posizione " ON".</li>
		<li>Assicurarsi che ogni rilevatore DCS misuri un'intensità luminosa adeguata. Come regola generale, è richiesto più di 10 kHz.</li>
		<li>Se l'intensità misurata è superiore a 800 kHz, utilizzare un filtro a densità neutra per ridurre il conteggio dei fotoni per evitare di danneggiare i rivelatori. Questo è tipicamente un problema per separazioni sorgente-rivelatore più corte (< 1 cm). NOTA: Oltre a danneggiare potenzialmente i rivelatori DCS, conteggi di fotoni superiori a 800 kHz possono anche causare errori dovuti a effetti non lineari nel rilevatore.</li>
		<li>Controllare le curve di autocorrelazione per garantire un buon accoppiamento cutaneo (vedere i risultati rappresentativi e la figura 2) e riposizionare la sonda ottica se necessario.</li>
		<li>Se il riposizionamento della sonda è stato necessario nel passaggio precedente, ripetere i passaggi 4.2 e 4.3. Potrebbe essere necessario ripetere questi passaggi più volte. NOTA: i rilevatori DCS e FD-DOS devono essere spenti ogni volta che la sonda viene spostata. Per spegnere i rilevatori DCS, spostare manualmente gli interruttori in posizione "OFF". Il rilevatore FD-DOS viene disattivato facendo clic sul pulsante 'Tutti i rilevatori OFF' nel software FD-DOS.</li>
	</ol></li>
	<li>Quando si ottiene un buon contatto tra la sonda e la pelle, interrompere la raccolta dei dati facendo clic sul pulsante "Stop" nella GUI. Quindi, imposta l'esperimento e gli identificatori del paziente nella casella di testo "Cartella" e scrivi il nome ROI nella casella di testo "Nome file".</li>
	<li>Avviare l'acquisizione dei dati premendo il pulsante 'Start' nella GUI.</li>
	<li>Raccogli i dati nel primo ROI per tutto il tempo richiesto dal protocollo. Se necessario, spostare la sonda sugli altri ROI e ripetere la misurazione. NOTA: Il periodo di monitoraggio può variare a seconda degli obiettivi dello studio.</li>
</ol>5. Considerazioni per lo sperimentatore durante la misurazione
<ol><li>Dopo aver iniziato la misurazione, scrivere nella scheda "Informazioni sull'esperimento" della GUI le informazioni rilevanti sul paziente (ad esempio, tipo e posizione della lesione, farmaci somministrati, età, sesso, ecc.).</li>
	<li>Assicurarsi che qualsiasi evento rilevante che si è verificato durante il periodo di monitoraggio sia contrassegnato facendo clic sul pulsante "Contrassegna" sulla GUI. Dopo ogni segno, assicurati di scrivere la descrizione dell'evento nella scheda "Informazioni sull'esperimento" della GUI.</li>
</ol>6. Interrompi la raccolta dei dati
<ol><li>Interrompere la raccolta dei dati premendo il pulsante "Stop" nella GUI.</li>
	<li>Arrestare il software FD-DOS premendo il pulsante di arresto dell'acquisizione e della registrazione dei dati rappresentato da due quadrati rossi nel software FD-DOS.</li>
	<li>Spegnere i rilevatori DCS ruotando gli interruttori in posizione "OFF" e spegnere il laser DCS ruotando la chiave in posizione " OFF".</li>
	<li>Disattivare i PMT del modulo FD-DOS facendo clic sul pulsante 'Tutti i rilevatori OFF'.</li>
	<li>Rimuovere la sonda dalla testa del paziente e rimuovere il nastro biadesivo dalla sonda. Quindi, pulire la sonda con salviette igienizzanti.</li>
	<li>Ripetere la misurazione delle proprietà ottiche di ciascun fantoccio solido il più presto possibile per garantire che la calibrazione rimanga adeguata per tutta la sessione di monitoraggio (vedere punto 4.2.2). NOTA: Idealmente, la fase di calibrazione dovrebbe essere eseguita subito dopo aver rimosso le sonde ottiche dalla testa del paziente (fase 6.6). Tuttavia, a causa di problemi di tempistica, negli esempi presentati nella sezione successiva questo è stato fatto nella struttura di stoccaggio.</li>
	<li>Pulisci il sistema e i suoi accessori con salviette igienizzanti.</li>
	<li>Riportare il carrello al ripostiglio.</li>
</ol>

L'autore (i) ha dichiarato i seguenti potenziali conflitti di interesse in relazione alla ricerca, alla paternità e/o alla pubblicazione di questo articolo: RC Mesquita ha una domanda di brevetto pendente e altri due brevetti rilevanti per questo lavoro (brevetti statunitensi 10.342.488 e 10.064.554). Nessun autore attualmente riceve royalties o pagamenti da questi brevetti.

Questo documento ha presentato un sistema ottico ibrido in grado di fornire informazioni in tempo reale sul flusso sanguigno cerebrale, sull'ossigenazione cerebrale e sul metabolismo dell'ossigeno cerebrale dei pazienti neurocritici al suo fianco. L'uso di tecniche ottiche diffuse era stato precedentemente affrontato come potenziale marcatore per il monitoraggio non invasivo al posto letto in scenari clinici. Uno studio precedente si è concentrato sugli aspetti clinici e sulla fattibilità del monitoraggio ottico durante ...

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/t/61608">Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies</a>. The Authors section was updated from:
Rodrigo Menezes Forti1,2 
Marilise Katsurayama2,3 
Lenise Valler2,3 
Andr&#233;s Quiroga1,2 
Luiz Simioni1 
Julien Menko4 
Antonio L. E. Falc&#227;o3 
Li Min Li2,5 
Rickson C. Mesquita1,2 
1Institute of Physics, University of Campinas 
2Brazilian Institute of Neuroscience and Neurotechnology 
3Clinical Hospital, University of Campinas 
4Department of Emergency Medicine, Albert Einstein College of Medicine 
5School of Medical Sciences, University of Campinas
to:
Rodrigo Menezes Forti1,2 
Marilise Katsurayama2,3 
Giovani Grisotti Martins1 
Lenise Valler2,3 
Andr&#233;s Quiroga1,2 
Luiz Simioni1 
Julien Menko4 
Antonio L. E. Falc&#227;o3 
Li Min Li2,5 
Rickson C. Mesquita1,2 
1Institute of Physics, University of Campinas 
2Brazilian Institute of Neuroscience and Neurotechnology 
3Clinical Hospital, University of Campinas 
4Department of Emergency Medicine, Albert Einstein College of Medicine 
5School of Medical Sciences, University of Campinas

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/t/61608">Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies</a>. The Authors section was updated.

Erratum: Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies

La maggior parte delle complicanze che portano a scarsi risultati per i pazienti neurologici critici sono correlate a lesioni secondarie causate da menomazioni emodinamiche cerebrali. Pertanto, il monitoraggio della fisiologia cerebrale di questi pazienti può avere un impatto diretto sui tassi di morbilità e mortalità 1,2,3,4,5,6,7. Attualmente, tuttavia, non esiste uno strumento clinico consolidato per il monitoraggio continuo e non invasivo in tempo reale della fisiologia cerebrale nei pazienti neurocritici al letto del paziente. Tra i potenziali candidati, le tecniche di ottica diffusa sono state recentemente proposte come strumento promettente per colmare questa lacuna 8,9,10,11. Misurando i lenti cambiamenti (cioè dell'ordine di decine o centinaia di ms) della luce diffusa nel vicino infrarosso (~650-900 nm) dal cuoio capelluto, la spettroscopia ottica diffusa (DOS) può misurare le concentrazioni dei principali cromofori nel cervello, come l'ossi- (HbO) cerebrale e la deossi-emoglobina (HbR)12,13. Inoltre, è possibile misurare il flusso sanguigno cerebrale (CBF) con la spettroscopia di correlazione diffusa (DCS)10,14,15,16,17 quantificando le rapide fluttuazioni dell'intensità luminosa (cioè da pochi μs a pochi ms). Quando combinati, DOS e MDD possono anche fornire una stima del tasso metabolico cerebrale dell'ossigeno (CMRO2) 18,19,20.
La combinazione di DOS e MDD è stata esplorata per monitorare i pazienti in diversi scenari pre-clinici e clinici. Ad esempio, l'ottica diffusa ha dimostrato di fornire informazioni cliniche rilevanti per i neonati critici 21,22,23,24, anche durante interventi chirurgici cardiaci per il trattamento di difetti cardiaci 23,25,26,27,28 . Inoltre, diversi autori hanno esplorato l'uso dell'ottica diffusa per valutare l'emodinamica cerebrale durante diversi interventi cerebrovascolari, come l'endoarteriectomia carotidea 29,30,31, i trattamenti trombolitici per l'ictus 32, le manipolazioni della testa del letto 33,34,35, la rianimazione cardiopolmonare 36 e altri 37,38, 39. Quando è disponibile anche il monitoraggio continuo della pressione arteriosa, l'ottica diffusa può essere utilizzata per monitorare l'autoregolazione cerebrale, sia in soggetti sani che in soggetti critici 11,40,41,42, nonché per valutare la pressione critica di chiusura della circolazione cerebrale 43. Diversi autori hanno convalidato le misurazioni CBF con DCS rispetto a diverse misure CBF gold standard 18, mentre CMRO2 misurato con ottica diffusa ha dimostrato di essere un parametro utile per il monitoraggio neurocritico 8,18,23,24,28,43,44,45 . Inoltre, studi precedenti hanno convalidato i parametri emodinamici cerebrali derivati otticamente per il monitoraggio a lungo termine di pazienti neurocritici 8,9,10,11, inclusa la previsione di eventi ipossici 46,47,48 e ischemici 8.
L'affidabilità delle tecniche ottiche diffuse nel fornire preziose informazioni in tempo reale durante le misurazioni longitudinali e durante gli interventi clinici rimane in gran parte irrisolta. L'uso di un sistema DOS autonomo è stato precedentemente confrontato con i monitor di tensione dell'ossigeno del tessuto cerebrale invasivo e il DOS non ha una sensibilità sufficiente per sostituire i monitor invasivi. Tuttavia, oltre a utilizzare popolazioni relativamente piccole, il confronto diretto dei monitor invasivi e non invasivi può essere fuorviante poiché ogni tecnica sonda volumi diversi contenenti diverse parti della vascolarizzazione cerebrale. Anche se questi studi alla fine hanno concluso che l'ottica diffusa non è un sostituto per i monitor invasivi, in entrambi gli studi DOS ha raggiunto una precisione da moderata a buona, che può essere sufficiente per casi e / o luoghi in cui i monitor invasivi non sono disponibili.
Rispetto ad altri approcci, il vantaggio principale dell'ottica diffusa è la sua capacità di misurare simultaneamente il flusso sanguigno e l'ossigenazione del sangue dei tessuti in modo non invasivo (e continuo) al letto del paziente utilizzando strumentazione portatile. Rispetto all'ecografia Doppler transcranica (TCD), la MDD ha un ulteriore vantaggio: misura la perfusione a livello tissutale, mentre la TCD misura la velocità del flusso sanguigno cerebrale nelle grandi arterie alla base del cervello. Questa distinzione può essere particolarmente importante quando si valutano le malattie steno-occlusive in cui sia il flusso prossimale di grandi arterie che i collaterali leptomeningei contribuiscono alla perfusione. Le tecniche ottiche hanno anche vantaggi rispetto ad altre modalità di imaging tradizionali, come la tomografia a emissione di positroni (PET) e la risonanza magnetica (MRI). Oltre a fornire simultaneamente misure dirette delle concentrazioni di CBF e HbO/HbR, cosa che non è possibile con la sola risonanza magnetica o PET, il monitoraggio ottico fornisce anche una risoluzione temporale significativamente migliore, consentendo, ad esempio, la valutazione dell'autoregolazione cerebrale dinamica40,41,42 e la valutazione dei cambiamenti emodinamici che evolvono dinamicamente. Inoltre, la strumentazione ottica diffusa è economica e portatile rispetto alla PET e alla risonanza magnetica, il che rappresenta un vantaggio critico dato l'elevato carico di malattie vascolari nei paesi a basso e medio reddito.
Il protocollo qui proposto è un ambiente per il neuromonitoraggio in tempo reale al letto del paziente presso l'unità di terapia intensiva (ICU). Il protocollo utilizza un dispositivo ottico ibrido insieme a un'interfaccia utente grafica (GUI) clinicamente intuitiva e sensori ottici personalizzati per sondare i pazienti (Figura 1). Il sistema ibrido utilizzato per mostrare questo protocollo combina due spettroscopie ottiche diffuse da moduli indipendenti: un modulo DOS commerciale nel dominio della frequenza (FD-) e un modulo DCS fatto in casa (Figura 1A). Il modulo FD-DOS49,50 è costituito da 4 tubi fotomoltiplicatori (PMT) e 32 diodi laser emessi a quattro diverse lunghezze d'onda (690, 704, 750 e 850 nm). Il modulo DCS è costituito da un laser a lunga coerenza che emette a 785 nm, 16 contatori a singolo fotone come rivelatori e una scheda correlatore. La frequenza di campionamento per il modulo FD-DOS è 10 Hz e la frequenza di campionamento massima per il modulo DCS è 3 Hz. Per integrare i moduli FD-DOS e DCS, un microcontrollore è stato programmato all'interno del nostro software di controllo per passare automaticamente da un modulo all'altro. Il microcontrollore è responsabile dell'accensione e dello spegnimento dei laser FD-DOS e DCS, nonché dei rivelatori FD-DOS per consentire misurazioni interlacciate di ciascun modulo. In totale, il sistema proposto può raccogliere un campione combinato FD-DOS e DCS ogni 0,5-5 secondi, a seconda dei requisiti del rapporto segnale-rumore (SNR) (tempi di raccolta più lunghi portano a un migliore SNR). Per accoppiare la luce alla fronte, abbiamo sviluppato una sonda ottica stampata in 3D che può essere personalizzata per ciascun paziente (Figura 1B), con separazioni sorgente-rivelatore variabili tra 0,8 e 4,0 cm. Le separazioni sorgente-rivelatore standard utilizzate negli esempi qui presentati sono 2,5 cm per DCS e 1,5, 2,0, 2,5 e 3,0 cm per FD-DOS.
La caratteristica principale del protocollo presentato in questo studio è lo sviluppo di un'interfaccia real-time in grado sia di controllare l'hardware con una GUI amichevole sia di visualizzare i principali parametri fisiologici cerebrali in tempo reale sotto diverse finestre temporali (Figura 1C). La pipeline di analisi in tempo reale sviluppata all'interno della GUI proposta è veloce e richiede meno di 50 ms per calcolare i parametri ottici (vedere il materiale supplementare per maggiori dettagli). La GUI è stata ispirata dagli attuali strumenti clinici già disponibili presso la neuro-ICU, ed è stata adattata attraverso un ampio feedback da parte degli utenti clinici durante la traduzione del sistema in neuro-ICU. Di conseguenza, la GUI in tempo reale può facilitare l'adozione del sistema ottico da parte del personale ospedaliero regolare, come neurointensivisti e infermieri. L'ampia adozione dell'ottica diffusa come strumento di ricerca clinica ha il potenziale per migliorare la sua capacità di monitorare dati fisiologicamente significativi e può in definitiva dimostrare che l'ottica diffusa è una buona opzione per monitorare in modo non invasivo i pazienti neurocritici in tempo reale.

<table><tbody><tr><td>Stampante 3D</td><td>Sethi3D</td><td>S2</td><td>Stampante 3D utilizzata per stampare le sonde personalizzabili</td></tr><tr><td>Arduino UNO</td><td>Arduino</td><td>UNO REV3</td><td>Microcontrollore responsabile dell'interfoliazione delle misure DCS e FD-DOS</td></tr><tr><td>Correlatore DCS</td><td>Correlator.com</td><td>Flex11-16ch</td><td>Componente del modulo DCS</td></tr><tr><td>DCS Dectectors IO Boards</td><td>Excelitas Technology</td><td>SPCM-AQ4C-IO</td><td>Componente del modulo DCS</td></tr><tr><td>Rivelatori DCS</td><td>Excelitas Technology</td><td>SPCM-AQ4C</td><td>Componente del modulo DCS</td></tr><tr><td>DCS Laser</td><td>CrystaLaser</td><td>DL785-120-SO</td><td>Componente del modulo</td></tr><tr><td>DCS Alimentatore DCS</td><td>Artesyn</td><td>UMP10T-S2A-S2A-S2A-IES-00-A</td><td>Componente del modulo DCS (alimentazione per il rilevamento DCS; 2, 5 e 30V)</td></tr><tr><td>Fibre FD-DOS</td><td>ISS</td><td>Imagent forniture</td><td>Le fibre utilizzate per il rilevamento e l'illuminazione FD-DOS sono fornite da ISS</td></tr><tr><td>Materiale flessibile per stampante 3D</td><td>Sethi3D</td><td>NinjaFlex</td><td>Materiale utilizzato per stampare le sonde flessibili personalizzabili</td></tr><tr><td>Imagent</td><td>ISS</td><td>Modulo Imagent</td><td>FD-DOS</td></tr><tr><td>Occhiali di sicurezza laser</td><td>Thorlabs</td><td>LG9</td><td></td></tr><tr><td>Fibra multimodale</td><td>Thorlabs</td><td>FT400EMT</td><td>Fibra multimodale utilizzata per l'illuminazione DCS</td></tr><tr><td>Filtro a densità neutra 1.0 OD Edmund</td><td>Optics</td><td>53-705</td><td>Filtro a densità neutra per le separazioni di rivelatori a sorgente corta</td></tr><tr><td>Fibra ottica monomodale</td><td>Thorlabs</td><td>780HP</td><td>Fibra ottica monomodale utilizzata per i rivelatori DCS Batteria</td></tr> di <tr><td>sistema</td><td>SMS</td><td>NET4</td><td>Batteria di sistema utilizzata per il trasporto</td></tr></tbody></table>

monitoraggio in tempo reale di pazienti neurocritici con spettroscopie ottiche diffuse

Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies

Il monitoraggio neurofisiologico è un obiettivo importante nel trattamento dei pazienti neurocritici, in quanto può prevenire danni secondari e avere un impatto diretto sui tassi di morbilità e mortalità. Tuttavia, attualmente mancano tecnologie adeguate non invasive e in tempo reale per il monitoraggio continuo della fisiologia cerebrale al letto del paziente. Le tecniche ottiche diffuse sono state proposte come potenziale strumento per le misurazioni al letto del flusso sanguigno cerebrale e dell'ossigenazione cerebrale in caso di pazienti neurocritici. Le spettroscopie ottiche diffuse sono state precedentemente esplorate per monitorare i pazienti in diversi scenari clinici che vanno dal monitoraggio neonatale agli interventi cerebrovascolari negli adulti. Tuttavia, la fattibilità della tecnica per aiutare i medici fornendo informazioni in tempo reale al letto del paziente rimane in gran parte irrisolta. Qui riportiamo la traduzione di un sistema ottico diffuso per il monitoraggio continuo in tempo reale del flusso sanguigno cerebrale, dell'ossigenazione cerebrale e del metabolismo cerebrale dell'ossigeno durante la terapia intensiva. La funzione in tempo reale dello strumento potrebbe consentire strategie di trattamento basate sulla fisiologia cerebrale specifica del paziente piuttosto che fare affidamento su metriche surrogate, come la pressione arteriosa. Fornendo informazioni in tempo reale sulla circolazione cerebrale a diverse scale temporali con strumentazione relativamente economica e portatile, questo approccio può essere particolarmente utile negli ospedali a basso budget, nelle aree remote e per il monitoraggio in campi aperti (ad esempio, difesa e sport).

Idealmente, le curve di autocorrelazione normalizzate ottenute con il modulo DCS dovrebbero essere circa 1,5 all'estrapolazione del tempo di ritardo zero (quando si utilizzano fibre monomodali14), e le curve dovrebbero decadere a 1 a tempi di ritardo più lunghi. La curva dovrebbe essere liscia e dovrebbe avere un decadimento più veloce per le separazioni sorgente-rivelatore più lunghe. Un esempio di buona autocorrelazione è mostrato nella Figura 2A. <strong class="xfi...

Presentato qui è un protocollo per il monitoraggio non invasivo dell'emodinamica cerebrale di pazienti neurocritici in tempo reale e al letto del paziente utilizzando ottiche diffuse. In particolare, il protocollo proposto utilizza un sistema ottico diffuso ibrido per rilevare e visualizzare informazioni in tempo reale sull'ossigenazione cerebrale, sul flusso sanguigno cerebrale e sul metabolismo cerebrale.

Monitoraggio in tempo reale di pazienti neurocritici con spettroscopie ottiche diffuse

Neurophysiological monitoring is an important goal in the treatment of neurocritical patients, as it may prevent secondary damage and directly impact ...

Il monitoraggio della fisiologia cerebrale non invasivo in tempo reale durante il trattamento neurocritico del paziente può ridurre la mobilità e i tassi di mortalità, che è particolarmente critico nelle aree remote e nei campi aperti. Con l'aumento della strumentazione portatile e relativamente economica, l'ottica diffusa può essere utilizzata per misurare il flusso sanguigno e l'ossigenazione contemporaneamente, con un'elevata risoluzione temporale e senza interferenze di terapia intensiva. La funzione in tempo reale ha il potenziale per guidare le strategie di trattamento delle lesioni cerebrali nella base della fisiologia cerebrale specifica del paziente in terapia intensiva, piuttosto che nei protocolli standard applicati universalmente o nelle metriche surrogate.Prima di spostare il sistema nell'unità di terapia intensiva, collegare tutte le fibre ai relativi laser e rivelatori e assicurarsi che siano correttamente collegate alla sonda ottica. Quindi, ottenere il consenso del paziente o di un rappresentante legale e portare il carrello nella stanza del paziente. All'arrivo, spegni il laser DCS.Nel menu File, fare clic su Carica file impostazioni per caricare il file delle impostazioni della sonda appropriato. Posizionare la sonda sul lato curvo del fantoccio di calibrazione, assicurandosi un buon contatto con la superficie, e fare clic su Ottimizza tutti i rivelatori per ottimizzare la tensione di polarizzazione PMT. Nel menu Calibra, fare clic su Calcola valori di calibrazione della forma d'onda per oggetti ottici e distanze multiple per eseguire la calibrazione per separazioni di più rivelatori di sorgenti.Nel menu Text-Mon, aprire l'opzione definita dall'utente per verificare che le proprietà ottiche misurate corrispondano ai valori prespecificati e che l'adattamento di R-quadrato sia vicino a uno. Quindi, sonda nuovamente il fantoccio per misurare le proprietà ottiche del fantoccio contrassegnate come controllo per assicurarsi che la calibrazione sia stata adeguata. Le proprietà ottiche misurate devono essere entro il 10% dei valori specificati nei fantoccio.Per preparare il paziente all'analisi, utilizzare prima delle salviette igienizzanti per pulire sia la sonda che la fronte del paziente. Posizionare del nastro biadesivo sulla sonda, facendo attenzione che il nastro non sia a diretto contatto con le punte delle fibre ottiche, e posizionare gli occhiali di sicurezza laser sul paziente. Posizionare le sonde sulla regione di interesse e avvolgere le cinghie elastiche attorno alla testa del paziente.Quindi, accendi il laser DCS. Prima di iniziare l'acquisizione dei dati, inserire le separazioni del rivelatore di sorgente DCS nella scheda Impostazioni dell'interfaccia utente grafica. Per iniziare l'acquisizione, premere Start nel software di sistema.Fare clic su Ottimizza tutti i rivelatori per ottimizzare la tensione di polarizzazione PMT per il paziente e controllare le proprietà ottiche e l'R-quadrato del raccordo DOS come dimostrato. Accendere i rilevatori DCS e verificare che ogni rilevatore MDD misuri un'intensità luminosa adeguata. In genere, sono necessari più di 10 kilohertz.Se l'intensità misurata supera gli 800 kilohertz, utilizzare un filtro a densità neutra per ridurre il numero di fotoni ed evitare di danneggiare i rivelatori. Controllare le curve di autocorrelazione nella scheda Curve di correlazione dell'interfaccia utente grafica per garantire un buon accoppiamento della pelle e, se necessario, riposizionare la sonda ottica. Quando si ottiene un buon contatto tra la sonda e la pelle, fare clic su Interrompi per interrompere la raccolta dei dati e impostare gli identificatori dell'esperimento e del paziente nella casella di testo Cartella e il nome della regione di interesse nella casella di testo Nome file.Quindi, premere Start per avviare l'acquisizione dei dati. Dopo aver avviato la misurazione, inserire le informazioni rilevanti sul paziente nella scheda Informazioni sull'esperimento e fare clic su Contrassegna per assicurarsi che venga contrassegnato qualsiasi evento rilevante che si verifica durante il periodo di monitoraggio. Dopo ogni indicatore, inserisci la descrizione dell'evento nella scheda Informazioni esperimento.Al termine della valutazione, premere Stop nell'interfaccia utente grafica per interrompere la raccolta dei dati. Spegnere l'interruttore del rilevatore DCS e portare la chiave laser DCS in posizione off. Fare clic su tutti i rilevatori per spegnere i PMT e rimuovere la sonda dalla testa del paziente e il nastro biadesivo dalla sonda.Quindi, pulire la sonda, il sistema e gli accessori con salviette igienizzanti. Le curve di autocorrelazione normalizzate ottenute con il modulo DCS dovrebbero essere di circa 1,5 all'estrapolazione del tempo di ritardo zero e dovrebbero decadere a uno a tempi di ritardo più lunghi. In questo esempio di una curva di autocorrelazione errata, non è possibile distinguere le curve per le diverse separazioni del rivelatore di sorgente.In questo esempio, la coda della curva non corrispondeva al modello utilizzato. Qui si possono osservare le serie temporali di una sessione di monitoraggio per un paziente con ictus sedato durante la quale sono state aspirate le secrezioni bronchiali e orali del paziente. Il movimento del paziente indotto dall'intervento ha chiaramente disturbato il segnale ottico, portando a picchi non fisiologici nei parametri ottici.Subito dopo l'intervento, i parametri emodinamici sono tornati approssimativamente agli stessi valori di prima dell'intervento, come previsto per un paziente stabile. Durante questa sessione di monitoraggio, 13 giorni dopo il ricovero per ictus ischemico, il flusso sanguigno cerebrale e il tasso metabolico cerebrale di ossigeno nella fronte ipsilesionale erano considerevolmente inferiori ai loro parametri controlesionali nella regione simmetrica, mentre un'elevata frazione di estrazione di ossigeno è stata osservata in entrambi gli emisferi. Un'attenta analisi di questi dati rappresentativi dell'indice di lateralità di un diverso paziente ha rivelato un periodo significativo di compromissione tra il primo e il terzo giorno dopo il ricovero e un secondo periodo a partire dal terzo giorno di ricovero.Utilizzando misuratori di pressione arteriosa continui, il nostro protocollo può essere leggermente modificato per valutare anche la regolazione cerebrale nei pazienti neurocritici, fornendo dati clinicamente rilevanti. La possibilità di valutare la neurofisiologia di ciascun paziente al letto del paziente può aiutarci a comprendere meglio l'andamento delle diverse lesioni e l'impatto dei diversi percorsi di cura.

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Vi presentiamo una procedura sperimentale per la misurazione della pressione parziale di ossigeno (pO2) in vasi cerebrali sulla base di ossigeno-dipendente tempra di fosforescenza. Preparazione degli animali e delle procedure di imaging sono stati delineati per entrambi ampio campo visivo CCD-based imaging di pO2 nel ratto e nel 2-fotoni immagini eccitazione base di pO2 nei topi.

Ossigenazione cerebrale misura Sangue Sulla base di ossigeno-dipendente tempra di fosforescenza

Abbiamo combinato nel dominio della frequenza del vicino infrarosso misure di spettroscopia di ossigenazione dell'emoglobina cerebrale con misure di spettroscopia di correlazione di diffuse indice flusso ematico cerebrale per stimare un indice di metabolismo dell'ossigeno. Abbiamo testato l'utilità di questa misura come strumento di screening letto per valutare la salute e lo sviluppo del cervello neonato.

Non invasiva di misurazione ottica del metabolismo cerebrale ed emodinamica nei neonati

In questo video, dimostriamo la tecnica di spettroscopia di correlazione diffusa per misurare il flusso sanguigno cerebrale in un modello murino di lesione cerebrale traumatica lieve.

Spettroscopia di correlazione diffusa per valutare il flusso sanguigno cerebrale in un modello murino

Fonte: Menezes Forti, R. et al. Monitoraggio in tempo reale di pazienti neurocritici con spettroscopie ottiche diffuse. J. Vis. Exp. (2020)Questo video mostra l'uso della spettroscopia di correlazione diffusa (MDD) per misurare il flusso sanguigno cerebrale negli esseri umani. Delinea i passaggi per la preparazione del sistema, la calibrazione della sonda, il posizionamento sulla fronte del partecipante, l'acquisizione di dati di luce diffusa e l'analisi delle fluttuazioni di intensità per...

Spettroscopia di correlazione diffusa per misurare il flusso sanguigno cerebrale in un soggetto umano

La valutazione simultanea dell'emodinamica cerebrale e delle proprietà di scattering della luce del tessuto cerebrale in vivo è dimostrata usando un sistema di diffusione multispectrale a riflessione diffusa.

La valutazione simultanea di Emodinamica cerebrale e Light Scattering proprietà del<em&gt; In Vivo</em&gt; Cervello del cervello usando l&#39;imaging di riflessione diffusa multispettrale

Questo protocollo dimostra come misurare la connettività funzionale dello stato di riposo nella corteccia prefrontale umana utilizzando uno strumento di spettroscopia di correlazione diffusa su misura. La relazione discute anche gli aspetti pratici dell'esperimento e le fasi dettagliate per l'analisi dei dati.

Connettività funzionale dello stato di riposo basato sul flusso sanguigno cerebrale del cervello umano utilizzando la spettroscopia ottica di correlazione diffusa

Questo protocollo è progettato per aiutare i medici a misurare l'ossigenazione dei tessuti regionali in diversi siti corporei nei neonati e nei bambini. Può essere utilizzato in situazioni in cui l'ossigenazione dei tessuti è potenzialmente compromessa, in particolare durante il bypass cardiopolmonare, quando si utilizzano dispositivi di assistenza cardiaca non pulsatile e in neonati, neonati e bambini gravemente malati.

Come somministrare la spettroscopia del vicino infrarosso in neonati, neonati e bambini gravemente malati

Descriviamo un protocollo per misurare in modo non invasivo e continuo l'indice di flusso sanguigno microvascolare assoluto e la saturazione di ossigeno nel sangue utilizzando un dispositivo multimodale basato su ottiche diffuse nel vicino infrarosso. Valutiamo quindi il tasso metabolico del consumo di ossigeno e l'iperemia reattiva utilizzando un test di occlusione vascolare.

Monitoraggio non invasivo dell'ossigenazione microvascolare e dell'iperemia reattiva mediante spettroscopia ottica diffusa ibrida nel vicino infrarosso per la terapia intensiva

Riqualificazione schemi di movimento anormali dopo infortunio o malattia è una componente fondamentale della riabilitazione fisica. I recenti progressi nella tecnologia hanno consentito una valutazione accurata di movimento durante una varietà di compiti, con quasi istantaneo quantificazione dei risultati. Questo offre nuove opportunità per la modifica degli schemi di movimento difettoso in tempo reale.

Movimento Riqualificazione con feedback in tempo reale delle prestazioni

Descriviamo un protocollo di PCR in tempo reale al profilo microRNA nel fluido cerebrospinale (CSF). Con l'eccezione di protocolli di estrazione di RNA, la procedura può essere estesa a RNA estratto da altri fluidi corporei, cellule coltivate, ei campioni di tessuto.

Liquido cerebrospinale MicroRNA profiling Utilizzando quantitativa Real Time PCR

Scopri il monitoraggio non invasivo dell'emodinamica cerebrale in pazienti neurocritici utilizzando la spettroscopia ottica diffusa. Questo metodo consente la valutazione in tempo reale dell'ossigenazione, del flusso sanguigno e del metabolismo cerebrale al letto del paziente.

Monitoraggio in tempo reale di pazienti neurocritici con spettroscopie ottiche diffuse

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